Цифровой измеритель временных интервалов

,А. Нарбутасинженерно-строи Вильнюсскийкий институт ас инаучВенн дта(56) 1, Гитиинформации дллительных ус1975, с. 2352. АвторсР 315190, кл 088. 8)Э.И. Преобря электронныройств. М.237,ое свидет0 04 Г 1 онател вычис- Энерги ельство СССРО/02 р 1971. двумя мульт ными ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(54)(57) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ, содержащий последовательно соединенные генератор счетных импульсон, элемент И, счетчик пересчета и ныходной счетчик, второй вход элемента И подключен к выходу триггера, первый вход которого соединен с первым входом счетчика усреднения по Й измерениям, выход которого соединен с третьим входом элемента И, причем вторые входы счетчика пересчета и выходного счетчика соединены между собой, а также исследуемый цифроаналоговый преобразователь, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения его функциональных возможностей, он снабженделителями частоты, ждущимивибратором, двумя дополнительэлементами Й, элементом НЕ, тремя дополнительными счетчиками, коммутатором, цифроаналоговым преобразователем, сумматором, блоком управления, источниками питания иссле" дуемого циФроаналогового преобразователя и опорного уровня, блоком сравнения, формирователем импульса Старт и генератором запускающих импульсов, выход которого подключен к первым входам первого и второго делителей частоты, выход первого делителя подключен к входу формиронателя импульса Старт, первому нходу исследуемого цифроаналогового преобразователя, выход которого под-ключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого через сумматор подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, а выход подключен к первому входу первого дополнительного элемента И, входу элемента НЕ и первому входу триггера, к второму входу которого под" ключен выход формирователя импульса Стартф, при этом выход второго делителя частоты через ждущий мультинибратор подключен к второму входу первого и первому входу второго дополнительных элементов И, третий 1 и второй входы которых объединены и подключены к первому выходу блокащь управления, первому входу коммутатора, второму входу счетчика усреднения по К измерениям и входу источника опорного уровня, третий вход второго дополнительного элемента И связан с выходом элемента НЕ, а выход его соединен с первыми входами первого и второго дополнительных счетчиков, второй вход первого дополнительного счетчика связан с выходом первого дополнительного элемен. та И и первым входом третьего дополнительного счетчика, а выход его соединен с вторым входс; коммутатора, третий вход которого подключен к выходу третьего дополнительногосчетчика, а выход подключен к входу циФроаналогового преобразователя, выход второго дополнительного счетчика соединен с первым входом блока управления, второй вход которого подключен к выходу счетчика усреднения по Й измерениям, второй выход блока управления соединен с входом источ1065822 ника питания, третий выход связан с вторыми входами первого и второго делителей частоты, второго и третьего дополнительных счетчиков, третьим входом первого дополнительного счетчика и с вторым входом счетчика пересчета, четвертый ныход блока Изобретение относится к импульснОй технике и может быть использовано для измерения времени установленияцифроаналоговых преобразователей,Известны измерители временных интервалон, основанные на методе последовательного счета и содержащиепоследовательно соединенные генератор счетных импульсон, схему И исчетчик, причем второй выход схемы Иподключен к выходу триггера, входыкоторого подключены к входным шинамСтоп и Старт измерителя )1) .Недостатком известного измерителя является невысокая точность измерения коротких временных интерналав.Наиболее близким к предлагаемомуявляется цифровой измеритель временных интервалов между фронтами периодически повторяющихся импульсов, 20содержащий последовательно соединенные генератор счетных импульсов,элемент И, счетчик пересчета и выходкой счетчик, причем второй входэлемента И подключен к выходу триггера, входами соединенного с шинамиСтарт и Стоп измерителя ашина Стоп дополнительно подключена к входу счетчика усредненияпо, выход которого соединен. с ЗОтретьим входом элемента И, второйвыход счетчика усреднения по Й связан е входом схемы обнуления, выходкоторойссоединен с вторыми входамисчетчика пересчета и выходного счетчика, исследуемый цифроаналоговыйпреобразователь 2,Недостатком указанного измерителяявляется то, что он измеряет временные интервалы между фронтами импульсов и тем самым не позволяет изменятьуровни отсчета конца (стоп) временного интервала. Это приводит к большой погрешности измерения времениустановления цифроаналогового преОбраэователя.Время установления цифроаналоговых преобразователей измеряется между уровнем, соответствующимполовине амплитуды импульса запускаи Определенным урОВнем ВыхОдного сиГ 5 ОНала цифроаналогового преобразоватеуправления соединен с третьим входомнторого делителя частоты, выход источника пи гания исследуемого цифроаналогового преобразователя соединенс нторым входом последнего, а ныходисточника опорного уровня соединенс вторым входом сумматора. ля, например, отличающимся от установившегося значения на половинумладшего разряда. Следонательно известный измеритель будет включатьотсчет измерения (старт) н нужноевремя, а выключать измерение (стоп)временного интервала, когда появитсяфронт выходного импульса, что приведет к значительной погрешности измерения,т,е. будет измеряться времязадержки, а на время установленияцифроаналогового преобразователя. Цель изобретения - увеличение точности измерения и расширение функциональных возможностей измерителя.Поставленная цель достигается тем, что цифровой измеритель временных интервалов, содержащий последовательно соединенные генератор счетных импульсон, элемент И, счетчик пересчета и выходной счетчик, второй вход элемента И подключен к выходу триггера, первый вход которого соединен с первым входом счетчика усреднения по М измерениям, выход которого соединен с третьим входом . элемента И, причем вторые входы счетчика пересчета и вьйодного счетчика соединены между собой, а также исследуемый цифроаналоговый преобразователь, снабжен двумя делителями частоты, ждущим мультивибратором, двумя дополнительными элементами И, элементом НЕ, тремя дополнительными счетчиками, коммутатором, цифроаналоговым преобразователем, сумматором, блоком управления, источниками питания исследуемого цифроаналогового преобразователя и опорного уровня, блоком сравнения, формирователем импульса фСтартф и генератором запускающих импульсов, выход которого подключен к первым входам первого и второго делителей частоты, выход первого делителя подключен к входу формирователя импульса Старт, первому входу исследуемого цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого через сумматор подключен к ны 1065822ходу цифроаналогового преобразователя,а выход подключен к первому входупервого дополнительного элеента И,входу элемента НЕ и первому входутриггера, к второму входу которогоподключен выход формирователя импульса Старт, при этом выходвторого делителя частоты через ждущий мультивибратор подключен к второму входу первого и первому входувторого дополнительных элементов И, 10третий и второй входы которых объединены и подключены к первому выходу блока управления, первому входукоммутатора, второму вход счетчикаусреднения по 8 измерениям и входуисточника опорного уровня, третийвход второго дополнительного элемента И связан с выходом элемента НЕ,а выход его соединен с первыми входами первого и второго дополнительных счетчиков, второй вход первогодополнительного счетчика связан свыходом первого дополнительного элемента И и первым входом третьегодополнительного счетчика, а выходего соединен с вторым входом коммутатора, третий вход которого подключен к выходу третьего дополнительного счетчика, а выход подключенк входу цифроаналогового преобразователя, выход второго дополнительногосчетчика соединен с первым входомблока управления, второй вход которого подключен к выходу счетчика ус.реднения по Н измерениям, второй выход блока управления соединен с 35входом источника питания, третийвыход с вторыми входами первого ивторого делителей частоты, второгои третьего дополнительных счетчиков,третьим входом первого дополнительного счетчика и с вторым входомсчетчика пересчета, четвертый выходблока управления соединен с,третьимвходом второго делителя частоты,выход источника питания исследуемого 45цифроаналогового преобразователя соединен с вторым входом последнего,а выход источника опорного уровнясоединен с вторым входом сумматора.На фиг,1 представлена структурнаясхема предлагаемого устройства; нафиг.2 - временные диаграммы на выходах основных блоков,Устройство состоит из генератора1 (фиг.1) счетных импульсов, первого и второго делителей 2 и 3 частоты, исследуемого цифроаналоговогопреобразователя 4, блока 5 сравнения,формирователя 6 импульса Старт 1,счетчика 7 усреднения по я измерениям, счетчика 8 пересчета, выходного счетчика 9, дополнительныхсчетчиков 10-12, триггера 13, элементов И 14-16, блока 17 управления,генератора 18 запускающих импульсов,сумматора 19,источника 20 опорного 65 уровня, источника 21 питания исследуемого цифроаналогового преобразователя, коммутатора 22, цифроаналогового преобразователя 23, ждущего мультивибратора 24 и элемента НЕ 25,Устройство работает следующим образом. После подключения исследуемого цифроаналогового преобразователя 4 и поступления импульса запуска измерения блок 17 управления вырабатывает напряжение на втором своем выходе (фиг. 2 а) поступающее на источник 21 питания, который, в свою очередь, подключает к исследуемому циф.- роаналоговому преобразователю 4 напряжение питания. Блок 17 управления вырабатывает импульс на третьем выходе (фиг. 2 б), обнуляющий счетчик 8 пересчета, выходной счетчик 9 и счетчики 10-12, а также вырабатывает управляющее напряжение на первом выхсде (фиг, 2 в), выключающее источник 20 опорного уровня, выключающее иобнуляющее счетчик 7 усреднения по8 из.зрениям, включающее элементыИ 15 и 16, а также коммутатор 22 таким образом, чтобы к его выходам подключались кодовые выходы счетчика 10,. На четвертом выходе блок 17 управления вырабатывает импульс, производящий предварительную установкуделителя 3 частоты на выбранное оператором положение. На выходе счетчика 7 при этом отсутствует управляющее напряжение, закрывающее элемент И 14. Этими переключениями обеспечивается сброс показаний предыдущего измерения и включение режима установки отсчета Стоп, соответствующего концу измерения времени установления,Процесс установки уровня отсчета Стоп происходит следующим образом. Импульс генератора 1 счетны; импульсов делится,по частоте в первом делителе 2 частоты и вы,одным импульсом делителя 2 частоты выключает исследуемый цифроаналоговый преобразователь 4. Следовательно выход.ое напряжение исследуемого цифроаналогового преобразователя 4 изменяется от максимального до минимального значения (фиг. 2 д). Сигнал генератора 1, кроме того, поступает на второй делитель 3 частоты, имеющий тот же коэффициент деления,что иделитель 2 частоты. Импульс на выходе делителя 3 частоты запаздывает по отношению к импульсу на выходе делителя 2 частоты на п 1 периодовчастоты генератора 1 счетных импуль"сов. Величину Ю определяет оператор предварительной установкой второго делителя 3 частоты. Величину,яоператор может выбирать в пределахот 0 до и , где и - коэффициентуправления. При этом на первом выходеблока 17 управления (Фиг. 2 в) выключается управляющее напряжение, вклюОчается источник 20 опорного уровня,счетчик 7 усреднения по Й, выключаются элементы И 15 и 16, а коммутатор22 переключается таким образом, чтобы на его выход поступил код с выхода счетчика 11. Если емкость счетчика 11 в М раз больше емкости счетчика10 и к коммутатору 22 подключеныстаршие разряды счетчика 11, то код,которым управляется цифроаналоговый 60преобразователь 23, будет равен усредненному за М измерений значениюопорного уровня, В сумматоре 19 копорному уровню, выработанному цифроаналоговым преобразователем 23,65 деления делителей 2 и 3 частоты, а тем самым менять временную задержку импульса на выходе делителя 3 частоты от 0 до 1 л, где 1 - период повторения счетных импульсов. Импульсы с выхода второго делителя 3 поступают на ждущий мультивибратор 2. Короткий импульс с выхода ждущего мультивибратора подается на входы элементов И 15 и 16. На выходе элемента И 15 импульс появится толь. ко тогда, когда в этот момент времени из блока 5 сравнения на третий вход этого элемента подается напряжение разрешения. Блок 5 сравнения подключен таким образом, что когда 15 выходное напряжение исследуемого цифроаналогового преобразователя 4 меньше выходного напряжения цифроаналогового преобразователя 23, им вырабатывается управляющее напряже ние. Следовательно в момент, соответствующий уровню отсчета Стбп, элемент И 15 открыт и на его выходе появляется импульс, Этот импульс поступает на счетчики 10 и 11. Изме нившийся выходной код счетчика 10 проходит через коммутатор 22 и поступает на цифроаналоговый преобразо" ватель 23, Изменившийся код счетчика 10 изменяет выходное напряжение пре образователя 23, которое через сумматор 19 подается на блок 5 сравнения. Это повторяется до тех пор, пока не произойдет сравнения напряжений цифроаналоговых преобразователей З 5 4 и 23. В этом случае элемент И 15 закроется, элемент И 16, подключенный к выходу блока 5 сравнения, через элемент НЕ 25 откроется. Следовательно импульс ждущего мультивибратора 24 пройдет через элемент И 16 и поступит на вход счетчика 12 и на вход обнуления счетчика 10. Процесс измерения опорного уровня будет понто- ряться заново М раз где М - емкостьА 5 счетчика 12. После М измерения выход. 5 ной импульс счетчика 12 (фиг, 2 г) пос=упает на первый вход блока 17.,добавляется уровень отсчета (Фиг,2 е),например, равный половине младшегоразряда исследуемого цифроаналогового преобразователя 4, Суммарное напряжение подается на вход блока 5сравнения. На выходе счетчика 7 появляется управляющее напряжение(фиг,2 и),поступающее на элемент И 14.На этом цикл установки уровня отсчета заканчивается и начинается измерение времени установления. Запускающий импульс с выхода первого делителя 2 частоты поступает на формирователь б импульса Старт, который при достижении запускающим импульсом половины амплитуды, вырабатывает импульс (Фиг. 2 ж), опрокидывающий триггер 13 (фиг. 2 э), который в свою очередь открывает элемент И 14 и импульсы генератора 18 эапускающи импульсов поступают на счетчик 8 пересчета (фиг,2 к) . При достижении мгновенным значением выходногонапряжения исследуемого цифроаналогового преобразователя 4 выставленного уровня отсчета, блок 5 сравнения вырабатывает импульс, возвращающий триггер .13 в исходное положение(фиг. 2 з), при этом поступление квантующих импульсов в счетчик 8 пересчета прекращается. Кроме того,импульс с выхода блока 5 сравнения поступает на счетчик 7 усреднения по 0 измерениям. При поступлении нового импульса запуска из первого делителя частоты 2 цикл измерения будет повторяться до тех пор, пока на выходе счетчика 7 усреднения поЙ измерениям, будет присутствоватьуправляющее напряжение,. После поступления с выхода блока 5 сравнения всчетчик 7 И импульсов, где- емкость счетчика 7, управляющее напряжение на выходе счетчика 7 выключает-. ся (Фиг. 2 и), закрывая элемент И 14 и поступая на второй вход блока 17 управления, который в свою очередь выключает управляющее напряжение навтором своем выходе. Это напряжениевыключает источник 21 питания, снимаяпитание с исследуемого цифроаналогового преобразователя 4 (фиг. 2 а) .Процесс измерения на этом заканчивается. При соответствующем выборе коэффициента счета счетчика 8 пересчета в зависимости от выбранной емкости Н счетчика 7 усреднения и периода повторения сигнала генератора 18 запускающих импульсов код выходного счетчика 9, последовательно подключенного к выходу счетчика 8 пересчета (фиг. 2 л), будет равен измеряемому времени установления исследуемого цифроаналогового преобразователя 4. Блок 17 собран на ждущихмультивибраторах, обеспечивающих требуемые задержки управляющих импуль 1065822сов, и триггерах, обеспечивающих длительности этих импульсов (длительности режимов измерения, Коммутатор 22 собран на микросхемах (например, 155 ЛР 1) и подключает на выход один из двух цифровых сигналов, 5Применение дополнительных элементов: двух делителей частоты, ждущего мультивибратора, двух элементов И и НЕ, трех счетчиков, коммутатора, цифроаналогового преобразователя, 10 сумматора, блока управления, источников питания ЦАП и опорного уровня, блока сравнения, формирователя импульса Старт, и=енератора запускающих импульсов позволяет 5 расширить функциональные возможности преДлагаемого измерителя по сравнению с известнымтак как останов измерения можно производить не по фронту импульса, а по любому его уровню, выбирая величину этого уровня относительно установившегосяуровня, либо меняя йестоположениеизмерения мгновенного значения путемначальной установки второго делителя частоты. Изменяя начальную установку второго делителя частоты, цифровьм измерителем временных интервалов можно измерять мгновенные значения исследуемых сигналов. Применение перечисленных элементов позволяет увеличить точностьизмерений, по сравнению с известным,так как при этом более точно производится установка уровней остановаизмерения, Кроме того, усреднениерезультата измерения опорного уровняпозволяет в -М раз уменьшить погреш"ность установки опорного уровня,что особенно важно при измерениивремени установления цифроаналоговыхпреобразователей,1065822 е В. Муляраточка Корректс Составит да Техред ТДзятко едакто аэ 11043 Патентф, г, Ужгород, ул, Проектная лиал ВЕШ Щ ЩЕЕ8 Тираж 413ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений и3035, Москва, Ж, Раую Подписиомитета СССРоткрытийкая наб., д.